北大團隊破解光刻技術(shù)難題分子級導(dǎo)航系統(tǒng)引領(lǐng)突破(2)

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2025-10-28 11:13:17 耿彪

彭海琳團隊的突破本質(zhì)上是給半導(dǎo)體材料研究裝上了一臺“分子級CT機”。冷凍電子斷層掃描技術(shù)（cryo-ET）已廣泛應(yīng)用在結(jié)構(gòu)生物學(xué)領(lǐng)域，但將其應(yīng)用于光刻膠研究需要克服多個挑戰(zhàn)。團隊開發(fā)出“微流控快速冷凍裝置”，將冷凍時間壓縮至50毫秒，成功捕獲到分子運動的“瞬間快照”。研究人員創(chuàng)新性地采用“傾斜系列成像”，通過類似CT掃描的斷層重建算法，將水分子信號過濾掉，最終獲得分辨率優(yōu)于5納米的三維結(jié)構(gòu)。

團隊沒有止步于發(fā)表論文，而是與國內(nèi)頭部光刻膠企業(yè)合作，將觀測到的分子纏結(jié)規(guī)律轉(zhuǎn)化為具體工藝參數(shù)。中試線數(shù)據(jù)顯示，采用新方案后，某款A(yù)rF光刻膠的缺陷密度從0.8個/平方厘米降至0.23個/平方厘米，達到國際先進水平。

這項研究的價值遠(yuǎn)不止一篇《自然·通訊》論文。在蘇州某半導(dǎo)體材料產(chǎn)業(yè)園，工程師王磊最近的工作效率提高了3倍。過去調(diào)試一款新光刻膠配方需要做120組實驗，現(xiàn)在根據(jù)冷凍電鏡提供的分子結(jié)構(gòu)模型，通過計算機模擬就能鎖定最優(yōu)參數(shù)，實際驗證只需18組實驗。這種“從微觀結(jié)構(gòu)到宏觀性能”的逆向設(shè)計能力正在重塑半導(dǎo)體材料的研發(fā)范式。

傳統(tǒng)光刻膠開發(fā)遵循“炒菜式”邏輯，周期長達18-24個月。而基于冷凍電鏡的“導(dǎo)航式”研發(fā)可直接觀察分子間的相互作用，將研發(fā)周期壓縮至6-8個月。更深遠(yuǎn)的影響在于知識產(chǎn)權(quán)的“規(guī)則重構(gòu)”。國際光刻膠巨頭掌握著基于經(jīng)驗數(shù)據(jù)的“工藝訣竅”，這些未公開的參數(shù)讓后來者難以逾越。彭海琳團隊的研究相當(dāng)于破解了這套算法的“底層代碼”，通過揭示分子運動的物理規(guī)律，建立起普適性的理論框架。

當(dāng)冷凍電鏡的“眼睛”投向更廣闊的半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，我們看到的是一場正在醞釀的材料研究革命。在蝕刻工藝中，等離子體與晶圓表面的反應(yīng)機制一直是個謎，中芯國際的研發(fā)團隊正嘗試用冷凍電鏡觀察蝕刻液在硅片表面的吸附過程。在濕法清洗環(huán)節(jié)，清華大學(xué)團隊已通過該技術(shù)看清金屬離子污染物的微觀分布，指導(dǎo)開發(fā)出新型螯合清洗劑。

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